CN205986157U - 一种交直流混合供电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电源电路领域。本实用新型公开了一种交直流混合供电系统，包括多个供电回路，所述供电回路均包括直流电源装置和逆变电源电路，所述直流电源装置包括开关电源模块、蓄电池模块和直流升压保护模块，所述逆变电源电路包括逆变器、变压器和第一开关开关。本实用新型可以取代传统UPS的AC/DC/AC/DC多级转换模式，系统结构简单、可靠性和安全性高、效率高、维护简便、运行成本低。
Description
技术领域
本实用新型属于电源电路领域，具体地涉及一种交直流混合供电系统。
背景技术
炼化企业(如石化、冶金等)过程控制仪表(如DSC、ESD、在线仪表、现场电磁阀等)的电源一直采用UPS供电方式，为AC/DC/AC/DC多元转换系统，由整流器、蓄电池、逆变器等核心单元组成，其主要元件为电力电子器件。该系统结构复杂，存在可靠性低、故障率高、效率低、运行成本高、维护麻烦等问题。近年来，虽然对UPS选型、运行方式、仪表电源模块配置等进行了优化，并加强了维修管理工作，但仪表电源供电系统事故异常仍时有发生，影响生产装置的长周期运行，从而影响了生产效率，缩短了生产装置的寿命，造成较大经济损失。
实用新型内容
本实用新型目的在于为解决上述问题而提供一种可以取代传统UPS的AC/DC/AC/DC多级转换模式，系统结构简单、可靠性和安全性高、效率高、维护简便、运行成本低的交直流混合供电系统。
为此，本实用新型公开了一种交直流混合供电系统，包括多个供电回路，所述供电回路均包括直流电源装置和逆变电源电路，所述直流电源装置包括开关电源模块、蓄电池模块和直流升压保护模块，所述逆变电源电路包括逆变器、变压器和第一开关，所述开关电源模块的输入端接交流电源，所述开关电源模块的输出端同时与蓄电池模块的输入输出端和直流升压保护模块的输入端连接，所述直流升压保护模块的输出端接所述逆变器的输入端，所述逆变器的输出端接所述变压器的输入端，所述第一开关的一端接所述直流升压保护模块的输出端，另一端为直流输出端，所述多个供电回路的变压器的输出端均通过第二开关接交流输出端。
进一步的，所述蓄电池模块包括两个蓄电池组，所述两个蓄电池组的输入输出端分别与开关电源模块的输出端连接，同时分别与直流升压保护模块的输入端连接。
进一步的，所述蓄电池模块为铅炭电池模块。
进一步的，所述开关电源模块由三个开关电源并联组成。
进一步的，所述直流升压保护模块由两个直流升压保护子模块并联组成。
更进一步的，所述直流升压保护子模块包括全桥DC/DC变换模块、平滑滤波模块、输出保护模块、输入保护模块、过温保护模块、脉宽调制模块、采样反馈模块、均流控制模块、直流保护模块和控制模块，所述全桥DC/DC变换模块的输入端接开关电源模块的输出端和蓄电池模块的输入输出端，所述全桥DC/DC变换模块的输出端通过平滑滤波模块和输出保护模块接逆变器的输入端，所述输入保护模块、过温保护模块、采样反馈模块和直流保护模块均与脉宽调制模块和控制模块连接，所述输入保护模块的输入端接全桥DC/DC变换模块的输入端，所述采样反馈模块的输入端接平滑滤波模块的输出端，所述均流控制模块与采样反馈模块连接，所述脉宽调制模块与控制模块连接。
进一步的，所述变压器为高阻抗隔离变压器。
进一步的，所述第一开关为微型断路器。
进一步的，还包括第三开关，所述第三开关一端接交流电源，另一端接第二开关构成以交流供电回路。
进一步的，蓄电池监测管理模块，用于对蓄电池模块进行在线检测。
本实用新型的有益技术效果：
本实用新型可同时输出冗余直流大功率(220V/24V/30-400KW)、交流小功率(220V/3-10kVA)电源。直流电源一般带DCS、ESD等负荷，交流电源一般带现场在线仪表和电磁阀负荷，简化了传统UPS供电系统的AC/DC/AC/DC多级转化，提高了电源效率，可取消负荷侧整流模块，节省投资。
直流系统采用主动式保护模块，可大大提高安全可靠性，交流系统采用高阻抗隔离变压器，可实现电源侧、负荷侧故障的有效隔离和逆变电源并列的均压、分流问题。可靠性和安全性高、维护简便、运行成本低。
附图说明
图1为本实用新型具体实施例的电路原理图；
图2本实用新型具体实施例的直流升压保护子模块的结构框图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
一种交直流混合供电系统，包括多个供电回路，所述供电回路均包括直流电源装置和逆变电源电路，所述直流电源装置包括开关电源模块、蓄电池模块和直流升压保护模块，所述逆变电源电路包括逆变器、变压器和第一开关，所述开关电源模块的输入端接交流电源，对交流电源进行整流降压处理，所述开关电源模块的输出端同时与蓄电池模块的输入输出端和直流升压保护模块的输入端连接，所述直流升压保护模块对从其输入端输入的直流电源进行升压，并进行各种异常状态如输出短路等保护，所述直流升压保护模块的输出端接所述逆变器的输入端，所述逆变器的输出端接所述变压器的输入端，所述第一开关的一端接所述直流升压保护模块的输出端，另一端为直流输出端，所述多个供电回路的变压器的输出端均通过第二开关接交流输出端。下面以具有两个供电回路为例来说明本实用新型。
如图1所示，一种交直流混合供电系统，包括两个供电回路，分别为第一供电回路和第二供电回路，所述第一供电回路包括第一直流电源装置和第一逆变电源电路，所述第一直流电源装置包括第一开关电源模块、第一蓄电池模块和第一直流升压保护模块，所述第一逆变电源电路包括逆变器UI1、变压器T1和开关MCB401，本具体实施例中，第一开关电源模块由开关电源U1、U2和U3并联组成，第一蓄电池模块包括两个蓄电池组BAT1和BAT2，每个电池组具有9节电池，电池采用铅炭电池，具有优良的大电流充放电特性和工作性能，使用寿命长，大大减少电池维护及更换成本，第一直流升压保护模块由两个直流升压保护子模块RTM1和RTM2并联组成，变压器T1优选为高阻抗隔离变压器，可实现电源侧、负荷侧故障的有效隔离和逆变电源并列的均压、分流问题，可靠性和安全性高。开关MCB401优选为微型断路器，当然，在其它实施例中也可以其它机械触点开关。
开关电源U1、U2和U3分别串联熔断器FU1、FU2和FU3后并联，并联后其输入端(即第一开关电源模块的输入端)通过微型断路器MCB11接交流电源，如380V交流电或220V交流电，其输出端(即第一开关电源模块的输出端)接直流升压保护子模块RTM1和RTM2的输入端，蓄电池组BAT1的输入输出端依次串联AFU1和微型断路器MCB301接直流升压保护子模块RTM1和RTM2的输入端和第一开关电源模块的输出端，蓄电池组BAT2的输入输出端依次串联AFU2和微型断路器MCB302接直流升压保护子模块RTM1和RTM2的输入端和第一开关电源模块的输出端，直流升压保护子模块RTM1和RTM2的输出端依次串联二极管MD11、微型断路器MCB501和熔断器FU7接逆变器UI1的输入端，逆变器UI1的输出端通过微型断路器MCB402接变压器T1的输入端，变压器T1的输出端依次串联微型断路器MCB403和MCB405接交流输出端2为交流仪表供电，微型断路器MCB401的一端接熔断器FU7和逆变器UI1之间的节点，另一端通过熔断器FU401接第一直流输出端1为直流仪表供电。
所述第二供电回路包括第二直流电源装置和第二逆变电源电路，所述第二直流电源装置包括第二开关电源模块、第二蓄电池模块和第二直流升压保护模块，所述第二逆变电源电路包括逆变器UI2、变压器T2和开关MCB406，本具体实施例中，第二开关电源模块由开关电源U4、U5和U6并联组成，第二蓄电池模块包括两个蓄电池组BAT3和BAT4，每个电池组具有9节电池，电池采用铅炭电池，具有优良的大电流充放电特性和工作性能，使用寿命长，大大减少电池维护及更换成本，第二直流升压保护模块由两个直流升压保护子模块RTM3和RTM4并联组成，变压器T2优选为高阻抗隔离变压器，可实现电源侧、负荷侧故障的有效隔离和逆变电源并列的均压、分流问题，可靠性和安全性高。开关MCB406优选为微型断路器，当然，在其它实施例中也可以其它机械触点开关。
开关电源U4、U5和U6分别串联熔断器FU4、FU5和FU6后并联，并联后其输入端(即第二开关电源模块的输入端)通过微型断路器MCB12接交流电源，如380V交流电或220V交流电，其输出端(即第二开关电源模块的输出端)接直流升压保护子模块RTM3和RTM4的输入端，蓄电池组BAT3的输入输出端依次串联AFU3和微型断路器MCB303接直流升压保护子模块RTM3和RTM4的输入端和第二开关电源模块的输出端，蓄电池组BAT4的输入输出端依次串联AFU4和微型断路器MCB304接直流升压保护子模块RTM3和RTM4的输入端和第二开关电源模块的输出端，直流升压保护子模块RTM3和RTM4的输出端依次串联二极管MD12、微型断路器MCB502和熔断器FU8接逆变器UI2的输入端，逆变器UI2的输出端通过微型断路器MCB403接变压器T2的输入端，变压器T2的输出端依次串联微型断路器MCB404和MCB405接交流输出端2为交流仪表供电，微型断路器MCB406的一端接熔断器FU8和逆变器UI2之间的节点，另一端通过熔断器FU402接第二直流输出端2为直流仪表供电。
本具体实施例中，直流升压保护子模块包括全桥DC/DC变换模块11、平滑滤波模块12、输出保护模块13、输入保护模块19、过温保护模块21、脉宽调制模块18、采样反馈模块14、均流控制模块15、直流保护模块16、人机交互界面22和控制模块17，所述全桥DC/DC变换模块11的输入端接开关电源模块的输出端和蓄电池模块的输入输出端，所述全桥DC/DC变换模块11的输出端通过平滑滤波模块12和输出保护模块13接逆变器的输入端，所述输入保护模块19、过温保护模块21、采样反馈模块14和直流保护模块16均与脉宽调制模块18和控制模块17连接，所述输入保护模块13的输入端接全桥DC/DC变换模块11的输入端，所述采样反馈模块14的输入端接平滑滤波模块12的输出端，所述均流控制模块15与采样反馈模块14连接，所述脉宽调制模块18与控制模块17连接，所述人机交互界面22和控制模块17连接。直流升压保护子模块对开关电源模块输出的直流电源或蓄电池模块输出的直流电源进行升压，并主动进行输出短路、过流、过温、过压等保护，可以允许直流电源单点接地运行；输入与输出是隔离的，不论哪一端出现故障，都不会对另一端以及所接的设备造成影响，更不会影响直流电源的安全运行，大大提高了系统的可靠性。当然，在其它实施例中，直流升压保护子模块可以采用现有的电路来实现。
通过设置微型断路器MCB402、微型断路器MCB407、微型断路器MCB403和微型断路器MCB404，可使系统可靠性和安全性更高。
进一步的，还包括第三开关MCB201，第三开关MCB201优选为微型断路器，微型断路器MCB201的一端通过微型断路器MCB12接交流电源，另一端接微型断路器MCB405构成一交流供电回路。
进一步的，还包括蓄电池监测管理模块，用于对蓄电池模块进行在线检测。本具体实施例中，蓄电池监测管理模块为GC-DCXJ(电池巡检仪)，通过数据处理软件分析每节单体状况，有效预测出各节电池的供电性能。及时发现性能严重劣化故障电池，立即报警，掌握电池组的运行状态，为电池组“精细”维护提供测量依据。保证系统正常可靠、无故障运行，降低维护人员的测试劳动强度，提高工作效率和测试的安全性。
工作过程：
第一供电回路：交流电源通过开关电源U1、U2和U3进行整流降压后输出110V直流电源为蓄电池组BAT1和BAT2充电，同时通过直流升压保护子模块RTM1和RTM2直流升压为220V直流电源直接为直流仪表供电，同时输出给逆变器UI1变换成交流电后经变压器T1隔离变压后为交流仪表供电。当交流电源断电后，蓄电池组BAT1和BAT2输出直流电源通过直流升压保护子模块RTM1和RTM2直流升压为220V直流电源直接为直流仪表供电，同时输出给逆变器UI1变换成交流电后经变压器T1隔离变压后为交流仪表供电。第二供电回路的工作过程可以参照第一供电回路，此不再细说。交流电源还直接通过微型断路器MCB201为交流仪表供电。
采用两路供电回路，当其中一个供电回路断电或其中一个供电回路进行检修时，可以由另一个供电回路进行供电，当交流电源断电时，可以蓄电池供电，实现不间断供电，可靠性高。
当然，在其它实施例中，供电回路的数量可以为3个或3个以上，增加供电回路的数量是本领域技术人员可以轻易实现的，此不在细说。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种交直流混合供电系统，其特征在于：包括多个供电回路，所述供电回路均包括直流电源装置和逆变电源电路，所述直流电源装置包括开关电源模块、蓄电池模块和直流升压保护模块，所述逆变电源电路包括逆变器、变压器和第一开关，所述开关电源模块的输入端接交流电源，所述开关电源模块的输出端同时与蓄电池模块的输入输出端和直流升压保护模块的输入端连接，所述直流升压保护模块的输出端接所述逆变器的输入端，所述逆变器的输出端接所述变压器的输入端，所述第一开关的一端接所述直流升压保护模块的输出端，另一端为直流输出端，所述多个供电回路的变压器的输出端均通过第二开关接交流输出端。
2.根据权利要求1所述的交直流混合供电系统，其特征在于：所述蓄电池模块包括两个蓄电池组，所述两个蓄电池组的输入输出端分别与开关电源模块的输出端连接，同时分别与直流升压保护模块的输入端连接。
3.根据权利要求1或2所述的交直流混合供电系统，其特征在于：所述蓄电池模块为铅炭电池模块。
4.根据权利要求1所述的交直流混合供电系统，其特征在于：所述开关电源模块由三个开关电源并联组成。
5.根据权利要求1所述的交直流混合供电系统，其特征在于：所述直流升压保护模块由两个直流升压保护子模块并联组成。
6.根据权利要求5所述的交直流混合供电系统，其特征在于：所述直流升压保护子模块包括全桥DC/DC变换模块、平滑滤波模块、输出保护模块、输入保护模块、过温保护模块、脉宽调制模块、采样反馈模块、均流控制模块、直流保护模块和控制模块，所述全桥DC/DC变换模块的输入端接开关电源模块的输出端和蓄电池模块的输入输出端，所述全桥DC/DC变换模块的输出端通过平滑滤波模块和输出保护模块接逆变器的输入端，所述输入保护模块、过温保护模块、采样反馈模块和直流保护模块均与脉宽调制模块和控制模块连接，所述输入保护模块的输入端接全桥DC/DC变换模块的输入端，所述采样反馈模块的输入端接平滑滤波模块的输出端，所述均流控制模块与采样反馈模块连接，所述脉宽调制模块与控制模块连接。
7.根据权利要求1所述的交直流混合供电系统，其特征在于：所述变压器为高阻抗隔离变压器。
8.根据权利要求1所述的交直流混合供电系统，其特征在于：所述第一开关为微型断路器。
9.根据权利要求1所述的交直流混合供电系统，其特征在于：还包括第三开关，所述第三开关一端接交流电源，另一端接第二开关构成一交流供电回路。
10.根据权利要求1所述的交直流混合供电系统，其特征在于：还包括蓄电池监测管理模块，用于对蓄电池模块进行在线检测。
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